Trimble RTX-PP在長江中游河段靜態數據解算中的精度分析

付強　王超　黎鵬

摘要：為了解決在沒有足夠測繪基礎設施地區的施測問題，在長江中游河段河道勘測中，使用Trimble RTX-PP服務獲得了在ITRF2014框架下當前歷元的解算結果。與高精度GNSS數據分析軟件GAMIT/GLOBK的解算結果進行對比分析，以評定RTX-PP的絕對定位精度;研究了RTX-PP直接獲取CGCS2000坐標的計算精度。結果表明：在24 h的觀測時長下，RTX-PP的定位精度優于1 cm;重新應用速度場模型后的坐標精度高于RTX-PP直接提供的CGCS2000坐標精度。RTX-PP與實際CGCS2000坐標成果疑似具有系統誤差的特征，有待進一步的實驗驗證。

關鍵詞：工程測量; Trimble RTX; GAMIT/GLOBK; CGCS2000; 坐標轉換; 速度場; 定位精度; 長江中游

中圖法分類號：P228.4 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.07.010

文章編號：1006 - 0081（2022）07 - 0062 - 04

2011年，美國Trimble公司推出了CenterPoint RTX（Real-Time eXtended）實時定位服務[1]。CenterPoint RTX 成為了能夠同時支持GPS、GLONASS和QZSS衛星導航系統的高精度差分服務。在不使用傳統RTK（實時動態差分）參考站的情況下，這種技術的實時重復測量精度優于4 cm。隨后，Trimble公司提供了新的后處理服務RTX-PP（Post-Processing）[1]。該服務在云端運行，以網絡和Trimble辦公軟件產品等形式提供，用戶只需要上傳靜態觀測文件便可獲取高精度定位結果。

Trimble的RTX技術簡化了常規GNSS靜態作業模式，能夠方便且快速地獲得高精度定位結果，特別是對于沒有足夠測繪基礎設施的地區。本文通過站點實測數據與站點真實坐標成果的對比，分析RTX-PP用于長江中游河段河道測量的靜態數據解算精度。

1 技術原理

1.1 解算方式

除了使用RTX-PP后處理系統進行靜態數據的解算之外，另一個目前廣泛使用的軟件GAMIT/GLOBK由美國麻省理工學院（MIT）和加州大學圣地亞哥分校的海洋研究所（SIO）共同開發，是目前國際上最優秀的GNSS定位和定軌數據處理分析軟件之一。因此，將RTX-PP解算的ITRF2014框架下絕對位置成果與GAMIT/GLOBK解算成果進行對比分析，可驗證RTX-PP的絕對位置解算精度。

1.1.1 RTX-PP

RTX-PP后處理系統利用Center Point RTX實時系統得出精確軌道和時鐘。由實時服務器系統得到軌道、時鐘和額外的偏差信息，并以壓縮的數據格式存儲，供后處理系統使用。系統中衛星時鐘的基本更新率為1 Hz，且數據更新的延遲不到1 h，所以RTX-PP后處理系統在解算數據方面也沒有明顯的延遲。

RTX定位中的一階電離層效應由L1和L2頻率的電離層自由組合消除，同時對流層通過一個附加了垂直濕延遲和在南北和東西方向兩個梯度的模型進行處理。此外，RTX-PP還對結果進行了如下校正：① 衛星和接收機的天線校正;② 固體潮校正;③ 波浪潮校正;④ 海洋潮汐負荷效應修正;⑤相對論修正;⑥ 相位纏繞改正;⑦ 測距碼和載波相位偏差修正[2]。

RTX-PP使用GPS，GLONASS，Galileo，BeiDou和QZSS觀測數據，在已定義的參考框架ITRF2014（2017年3月23日之前為ITRF2008框架，下同）中提供絕對位置估計。數據的觀測時長達到24 h后，RTX-PP的解算結果的水平和垂直方向精度優于1 cm。即使觀測數據收斂時間僅1 h，RTX-PP的解算結果水平方向精度通常優于2 cm[2]。

用戶在使用TBC（Trimble Business Center）軟件處理數據時，在RTX后處理選項中選擇對應的坐標系和地殼板塊，然后導入靜態觀測數據，勾選“發送到RTX后處理”，幾分鐘內便可得到服務器返回的解算成果。同時，可直接將觀測數據上傳至RTX-PP網頁（https：//trimblertx.com/UploadForm.aspx），選擇對應的坐標系和板塊來進行轉換，最終成果會以郵件形式發送至用戶。上傳的數據需包含雙頻偽距和（L1及L2）載波相位觀測，且數據觀測時長不能大于24 h。RTX-PP支持的天線列表可以登錄網站（https：//trimblertx.com/SupportedDevices.aspx）查詢，天線高的參考點為天線座底部點。

1.1.2 GAMIT/GLOBK

GAMIT是利用GNSS載波相位觀測值進行定位定軌的基線處理軟件，GLOBK利用卡爾曼濾波方法進行網平差。當它采用精密星歷和高精度起算點時，其處理長基線和連續時段靜態定位的相對精度數量級可達10～10，處理短基線的精度可達1～3 mm。該方法精度高、功能強大，而且開放源代碼，用戶可根據實際需要，通過人工干預進行數據處理。

1.2 坐標轉換

（1） RTX-PP的絕對位置成果是ITRF2014框架下當前歷元的坐標成果。同時，內置了框架間的轉換參數和NNR-MORVEL56板塊邊界速度場模型，可在求取絕對位置成果的基礎上，直接得到其他框架和歷元的坐標[3]，包括國內常用的CGCS2000坐標。

（2） CGCS2000坐標實際是ITRF97框架下2000.0歷元下的坐標，故具體轉換步驟為：① 框架變換，2020.xxx歷元下ITRF2014框架轉換到ITRF97框架;② 歷元變換，ITRF97框架下2020.xxx歷元轉換到2000.0歷元。

1.2.1 框架變換

1.2.2 歷元轉換

2 實例分析

2.1 實例概述

在長江中游河段架設了5處試驗站點（圖1），并與高等級控制點進行聯測，求取準確的CGCS2000坐標作為真值，驗證 RTX-PP結果的可靠性。

首先，利用GAMIT/GLOBK軟件對5處站點觀測數據和中國境內共8個IGS（International GNSS Service）站的觀測數據進行聯合解算，求解ITRF2014框架下當前歷元的坐標，驗證RTX-PP絕對定位的準確性。然后，利用RTX-PP直接求取CGCS2000坐標，與站點的真實CGCS2000坐標進行對比，分析其板塊邊界速度場模型的準確性[4]。外業觀測采用Trimble Zephyr3 Geodetic天線，使用GNSS預處理軟件TEQC（translation，editing and quality checking）檢查數據質量。基準站點觀測數據質量檢測結果見表1。結果表明，5組數據觀測質量整體較好。

2.2 RTX-PP與GAMIT/GLOBK解算結果對比

本文采用10.71版本的GAMIT/GLOBK軟件進行數據處理。處理參數時，Choice of Experiment=BASELINE，Choice of Observable=LC_AUTCLN，Use otl.grid = Y，海洋潮汐模型otl.grid鏈接到otl_FES2004.grid。中國境內共8個IGS測站（北京房山、長春、香港、烏魯木齊、武漢九峰、拉薩、上海佘山、臺灣桃園）參與解算。平差參數中對IGS測站進行緊約束（0.05，0.05，0.10），對待解算測站進行松約束（10，10，10）。解算使用軟件安裝目錄tables文件夾內ITRF2014框架下的IGS站坐標和速度場作為已知點坐標和速度場。

GAMIT/GLOBK解算出來的坐標框架為ITRF2014，歷元為當前歷元的結果與RTX-PP的結果進行對比，如表2所示。結果表明：在24 h的觀測時長下，RTX-PP的絕對定位精度優于1 cm。

2.3 RTX-PP結果與實際坐標成果對比

RTX-PP提供的CGCS2000坐標由系統內部自帶的NNR-MORVEL56板塊邊界模型得出。在該模型中，整個中國大陸都屬于揚子板塊，因此精度不高。本文在獲取當前歷元下ITRF2014坐標的基礎上，采用魏子卿[5]的格網平均值法得到的3°×3°格網速度場，線性內插得到各站點的速度向量后，再進行框架轉換和歷元轉換，得出精度較高的CGCS2000坐標，并與站點成果進行對比分析。

為方便進行坐標轉換，利用C#語言進行坐標轉換程序的開發編制。該程序能較為方便的進行ITRF2014到CGCS2000的坐標單點轉換和批量轉換，界面如圖2所示。

將RTX-PP直接提供的CGCS2000坐標、重新應用速度場模型后的坐標與實際坐標成果進行對比（表2，3）。由表3得出，RTX與實際坐標點位誤差約為8 cm，重新應用速度場模型后的坐標與實際坐標點位誤差約為4 cm，精度高于RTX-PP直接提供的坐標。

由坐標轉換的原理可知，從ITRF2014到ITRF97的框架轉換參數是已知的固定值，轉換過程不存在誤差。因此，誤差是由于歷元轉換造成的。由公式（3）可知，各坐標向量誤差是由于各速度向量不準確導致。根據3°×3°格網速度場的位置運動速度的誤差為±2.61 mm/a，經過當前歷元到2000歷元的轉換之后，點位累積誤差達±54 mm。NNR-MORVEL56板塊邊界模型的精度比3°×3°格網速度場[5]更低，故表3中的結果符合預期。

表3中2組坐標和實際坐標成果存在疑似系統誤差，其中，RTX-PP成果與實際坐標成果反映到速度向量上的誤差分別為-2.7，0.6 mm/a和-2.6 mm/a。由于本實例中的觀測站點在地理位置上較為接近，南北跨度約200 km，東西跨度約100 km，因此速度向量值較為接近。3個方向的速度中誤差分別為±0.2，±0.2 mm/a和±0.4 mm/a，遠小于RTX-PP成果與實際坐標成果的速度向量的誤差。所以該疑似系統誤差可能是由于實例中觀測站點位置較為接近導致的，待進一步實驗驗證。在后期實驗中，可按照3°×3°格網速度場取速度向量相差較大的點位進行觀測、解算，分析是否仍然存在疑似系統誤差的現象。

3 結 語

本文利用實際觀測數據驗證了RTX-PP在長江中游地區的解算精度。經過24 h觀測后，RTX-PP在ITRF2014框架下當前歷元的絕對定位精度能達到1 cm內。利用魏子卿等提出的站點速度場模型轉換后的坐標精度高于RTX-PP直接提供的坐標。RTX-PP成果與真實CGCS2000坐標之間是否存在系統誤差待進一步驗證。

參考文獻：

[1] CHEN X， ALLISON T， CAO W， et al. Trimble RTX， an Innovative New Approach for Network RTK[C]//Proceedings of the 24th International Technical Meeting of Satellite Division of The Institute of Navigation.San Diego：Institute of Navigation （ION）， 2011：2152-2157.

[2] DOUCET K，HERWIG M， KIPKA A，et al. Introducing ambiguity resolution in web-hosted global multi-GNSS precise positioning with trimble RTX-PP[C]//Proceedings of International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation. Nashville： Institute of Navigation （ION），2012.

[3] Trimble CenterPoint RTX Post-Processing Service.[EB/OL].https：//trimblertx.com/UploadForm.aspx，2017-03-23/2021-08-20.

[4] 汪利. Trimble RTX后處理與GAMIT/GLOBK解算精度對比分析[J]. 測繪地理信息，2018，43（4）：34-36.

[5] 魏子卿，劉光明，吳富梅. 2000中國大地坐標系：中國大陸速度場[J]. 測繪學報，2011，40（4）：403-410.

（編輯：李 慧）

Static data accuracy analysis of Trimble RTX-PP in middle reaches of Yangtze River

FU Qiang， WANG Chao， LI Peng

（Middle Changjiang River Bureau of Hydrology and Water Resources Survey， Bureau of Hydrology ， Changjiang Water Resources Commission， Wuhan 430012， China）

Abstract：To solve the problem of surveying in the area without sufficient facilities， the calculation results of current Ephemeris in the middle reaches of Yangtze River under the framework of ITRF2014 were obtained by using Trim-ble RTX-PP service and the absolute positioning accuracy of RTX-PP was compared with the results calculated by high-accuracy GNSS data analysis software GAMIT/GLOBK to evaluate the absolute accuracy. The coordinate calculation accuracy of CGCS2000 directly acquired by RTX-PP were further investigated. The results showed that the positioning accuracy of RTX-PP was within 1 cm in the observation duration of 24 h; by reapplying the velocity field model， the coordinates were more accurate than the CGCS2000 coordinates directly provided by RTX-PP. It was inferred that the errors of RTX-PP and the actual CGCS2000 coordinate results may be systematic errors， which should be verified by further experiments.

Key words：survey; Trimble RTX; GAMIT/GLOBK; CGCS2000; coordinate conversion; velocity field; positioning accuracy; middle reaches of Yangtze River